automatic voltage regulator dengan kendali

Perpustakaan Unika
AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR GENERATOR
SINKRON 3 FASA MENGGUNAKAN METODE
HYSTERESIS
TUGAS AKHIR
OLEH :
ADITYA REVIYANTO
02.50.0100
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
SEMARANG
2007
i
Perpustakaan Unika
PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul : “Automatic Voltage Regulator Dengan Kendali
Hysteresis Untuk Generator Sinkron 3 Fasa” diajukan untuk memenuhi sebagian dari
persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana teknik elektro pada Program Studi Teknik
Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Laporan tugas akhir ini disetujui pada tanggal …………….2007 dan siap untuk diajukan
ke ujian sarjana.
Semarang,…………….2007
Menyetujui / Mengetahui
Pembimbing,
Dekan Fakultas Teknoilogi Industri,
Leonardus Heru P, ST, MT
Leonardus Heru P, ST, MT
N.P.P 058.1.2000.234
N.P.P 058.1.2000.234
ii
Perpustakaan Unika
ABSTRAK
Automatic Voltage Regulator adalah sebuah devais pengatur tegangan yang
digunakan pada generator sinkron untuk menyetabilkan tegangan keluaran yang
dihasilkan. Prinsip kerja yang digunakan pada sistem penyetabilan tegangan ini adalah
dengan mengatur tegangan keluaran DC dari exciter untuk kemudian diinjeksikan ke
lilitan medan generator atau yang biasa disebut dengan eksitasi atau penguatan. Karena
pengaturan sistem tegangan dari AVR ini maka tegangan keluaran dari exciter ini akan
berubah-ubah tergantung dengan tegangan keluaran dari generator yang dibebani.
Kata kunci : AVR, Exciter, Eksitasi, Lilitan medan, tegangan DC
iii
Perpustakaan Unika
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Allah S.W.T yang masih memberikan
kesehatan kepada penulis untuk menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Penulis juga
berterimakasih kepada orang-orang yang telah berjasa dalam membantu penulis secara
moral, pengetahuan dan juga materiil dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
Secara khusus penulis berterimakasih kepada :
1. Kedua orang tua penulis Supriyono Hadi, BBM, SE dan Sussy Suzanna, Bsc
yang telah membesarkan penulis, memberikan kasih sayang yang tulus,
memberikan dorongan moril dan materil yang sangat besar dan mengajarkan
kepada penulis arti hidup sesungguhnya.
2. Ketiga adik penulis yaitu Cindy Dwianti, Rizky Adrianto, Riko Prianto.
Yang telah memberikan dukungan moril yang teramat sangat kepada penulis.
3. Bpk Leonardus Heru Pratomo, ST, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi
Industri dan dosen pembimbing penulis yang telah memberikan banyak masukan
dan arahan agar laporan tugas akhir ini terselesaikan dengan baik.
4. Ananda Widya Rachmasari yang telah memberikan dukungan moril yang
memotivasi dan memacu penulis untuk segera menyelesaikan laporan tugas akhir
ini. Love you forever and ever babe.
5. Seluruh keluarga besar penulis dari ayah dan ibu terutama kakek penulis
drh.
Halil
Winitasasmita
yang
mengharapkan
penulis
untuk
cepat
menyelesaikan tugas akhir ini dan ingin sekali melihat penulis menjadi seorang
insinyur.
6. Bpk Agung dan Bpk Amat yang telah membantu penulis untuk lebih memahami
tentang elektronika karena sebelumnya penulis benar-benar buta dalam
elektronika.
iv
Perpustakaan Unika
7. Dr. Slamet Riyadi ST, MT; Dr. F. Budi ST, MT; Bpk Yulianto Tedjo P,ST, MT;
Bpk Budi Harnadi ST, MT; Ibu Brenda C, ST, MT; Bpk F Hendra ST, MT; Bpk
Erdhi ST, MT; Ibu Rissa Farid C, ST, MT; Bpk Haryono; Bpk Chondro, ST, Ibu
Sintarsih; Bpk Djoko Suwarno; selaku dosen yang telah membimbing penulis
selama masa perkuliahan dan telah banyak memberikan ilmu kepada penulis.
8. Ibu Win, Ibu Susi, Bpk Mar selaku Tata usaha Fakultas Teknologi Industri yang
telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan masalah administrasi dan
selalu mendukung penulis agar segera menyelesaikan kuliah.
9. Bpk Yatno selaku teman serta pemberi dukungan moril kepada penulis yang
membuat penulis senantiasa menjadi lebih bersemangat.
10. Tommy Subagja, Kornelius Budi Utomo, Satrio Pinandito, Setiawan, Dwi
Setiarko, Bayu Murti, Jemmy Haris Setianto, Yoseph, Farid, Pita, Rachmad,
Ambon 1, Ambon 2, Teddy, Brima, Rissa, Kirun, Emanuel, Rudi, Chandra,
Adiansyah, Anton Subiakto, Aswin Budi, Hendi, Freddy, Yoel, Eko dan
teman-teman penulis lainnya yang tidak dapat disebutkan namanya satu
persatu yang telah bersama-sama berjuang untuk survive di Fakultas
Teknologi Industri ini. Love u all guys…..
11. Kakak-kakak angkatan 2001 yang telah memberikan dukungan moril kepada
penulis.
12. Anak-anak angkatan 2003, 2004, 2005, dan 2006 yang mengenal dan tidak
mengenal penulis. Cepat diselesaikan ya…………..
13. Seluruh karyawan Universitas Katolik Soegijapranata.
v
Perpustakaan Unika
Daftar Isi
Halaman Judul ………………………………………………………………………......
i
Halaman Pengesahan …………...……………………………………………………….
ii
Abstrak ………………………………………………………………………………….
iii
Kata Pengantar …………………………………….…………………………………….
iv
Daftar Isi ……………………………………………..………………………………….
vi
Daftar Gambar ………………………………….……………………………………….
viii
Daftar Tabel ………………………………………………….………………………….
ix
Bab 1 Pendahuluan ………………………………………………………………….
1
1.1
Latar Belakang …………………………………………………………………
1
1.2
Perumusan Masalah ……………………………………………………………
2
1.3
Pembatasan Masalah …………………………………………………………..
2
1.4
Tujuan Penulisan ………………………………………………………………
2
1.5
Metode Penulisan ………………………………………………………………
2
1.6
Sistematika Penulisan …………………………………………………………
3
Bab 2 Dasar Teori …………………………………………………………………...
4
2.1
Rangkaian Daya………………………………………………………………...
4
2.2
Sensor Tegangan………………………………………………………………..
9
2.3
Sistem Kendali Hysteresis……………………………………………………..
11
2.4
Generator Sinkron………………………………………………………………
13
Bab 3 Implementasi AVR Dengan Kendali Hysteresis………….………………….
17
3.1
Pendahuluan ………………………………………………………………….
17
3.2
Rangkaian Sensor Tegangan …………………………………………………..
17
3.3
Rangkaian Referensi dan Differential Amplifier………………………………
18
vi
Perpustakaan Unika
3.4
Rangkaian Kontrol Hysteresis………………………………………………….
23
3.5
Rangkaian Sinkronisasi…………………………………………………………
25
3.6
Rangkaian Driver……………………………………………………………….
26
3.7
Rangkaian Daya………………………………………………………………...
27
Bab 4 Hasil Pengujian dan Analisa AVR Dengan Kendali Hysteresis ………….
4.1
29
Pengujian AVR Dengan AFG ………………………………………………….
29
4.1.1 Gelombang Keluaran di Hysteresis …………………..…………………..
29
4.1.2 Gelombang Keluaran di Rangkaian Sinkronisasi ………………………...
30
4.1.3 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Driver ……………………………
31
4.1.4 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Daya (Tanpa Switching) ………...
32
4.1.5 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Daya (Dengan Switching) ……....
32
Pengujian AVR Dengan Perubahan RPM Motor DC ………………………….
33
4.2.1 Gelombang Keluaran di Rangkaian Hysteresis ………..…………..……..
36
4.2.2 Gelombang Keluaran Mosfet (VDS) ……..…………………..…………..
37
4.2.3 Gelombang Keluaran Rangkaian Daya …………………..……………....
38
Pengujian AVR Dengan Perubahan Beban …………………………………….
38
Bab 5 Saran dan Kesimpulan………………………………………………………..
40
Daftar Pustaka ………………………………………………………………………..
41
4.2
4.3
vii
Perpustakaan Unika
DAFTAR GAMBAR
1. Gb 2.1 Rangkaian Daya …………………………………………………………….
4
2. Gb 2-2 Rangkaian Daya Mode 1……………………………………………………
5
3. Gb 2-3 Rangkaian Daya Mode 2……………………………………………………
5
4. Gb 2.4 Mode 1 Pada Filter (t = closed)……………………………………………..
6
5. Gb 2.5 Mode 2 Pada Filter (t = open)……………………………………………….
6
6. Gb 2.6 Sensor Tegangan…………………………………………………………….
9
7. Gb 2.7 Grafik Hysteresis…………………………………………………………….
11
8. Gb 2.8 Rangkaian Hysteresis………………………………………………………..
12
9. Gb 3-1 Diagram Blok AVR…………………………………………………………
17
10. Gb 3-2 Rangkaian Sensor Tegangan………………………………………………...
18
11. Gb 3-3 Rangkaian Referensi Differential Amplifier………………………………...
19
12. Gb 3-4 Rangkaian Referensi Batas Atas…………………………………………….
20
13. Gb 3-5 Rangkaian Referensi Batas Bawah………………………………………….
21
14. Gb 3-6 Rangkaian Differential Amplifier…………………………………………...
21
15. Gb 3-7 Rangkaian Hysteresis………………………………………………………..
23
16. Gb 3-8 Rangkaian Sinkronisasi……………………………………………………...
26
17. Gb 3-9 Rangkaian Driver……………………………………………………………
27
18. Gb 3-10 Rangkaian Daya……………………………………………………………
28
19. Gb 4-1 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Hysteresis………………………….
29
20. Gb 4-2 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Sinkronisasi………………………..
30
21. Gb 4-3 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Driver………………………………
31
22. Gb 4-4 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Driver (2 Switching)……………….
31
23. Gb 4-5 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Daya Tanpa Kapasitor dan
Switching……………………………………………………………………………
32
24. Gb 4-6 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Daya Tanpa Kapasitor (Sudah
Switching)…………………………………………………………………………..
32
25. Gb 4-7 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Hysteresis…………………………..
36
26. Gb 4-8 Gelombang Keluaran Mosfet (VDS 1)……………………………………...
37
27. Gb 4-9Gelombang Keluaran Mosfet (VDS 2)………………………………………
37
28. Gb 4-10 Gelombang Keluaran Rangkaian Daya (Pada Saat 12 VDC)……………...
38
viii
Perpustakaan Unika
DAFTAR TABEL
Tabel 4-1 Hasil Pengujian Alat……………………………………………………………...
33
Tabel 4-2 Hasil Pengujian AVR dengan beban (sensor tegangan) …………..……..……...
38
ix
Perpustakaan Unika
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Generator sinkron merupakan alat pembangkit tenaga listrik utama yang
dipakai untuk mengkonversikan tenaga mekanis menjadi tenaga listrik. Masalah
utama dari generator ini adalah tegangan keluaran yang berubah-ubah dikarenakan
pembebanan pada terminal keluaran generator. Semakin banyak pembebanan yang
diberikan maka tegangan keluaran generator akan semakin kecil. Karena hal tersebut
berpengaruh secara langsung terhadap sistem kelistrikan maka perlu untuk dibuat
suatu alat penyetabil tegangan generator yang bertujuan agar tegangan keluaran
generator dapat lebih stabil dan konstan. Pada tugas akhir ini akan dibahas mengenai
pengatur tegangan generator otomatis (automatic Voltage Regulator/ AVR) dengan
kendali hysteresis yang bereferensi pada sistem satu fasa untuk mengatur tegangan
eksitasi yang akan diinjeksikan pada lilitan medan yang bertujuan untuk menaik
turunkan tegangan keluaran generator berdasarkan dari banyaknya pembebanan. Jika
beban pada terminal keluaran ditambah, tegangan terminal keluaran generator akan
berkurang maka AVR ini akan menaikkan tegangan eksitasi yang bertujuan untuk
menaikkan
tegangan
terminal
keluaran
menyetabilkan tegangan keluarannya.
1
generator
dengan
maksud
untuk
Perpustakaan Unika
1.2 Perumusan Masalah
Masalah yang akan dibahas adalah cara untuk mengatur tegangan keluaran
generator akibat efek pembebanan. Pengaturan tegangan keluaran ini yaitu dengan
cara mengatur tegangan eksitasi yang diberikan pada lilitan medan.
1.3 Pembatasan Masalah
Pembatasan masalah ini yaitu pengendalian tegangan keluaran dengan
penggunaan metode hysteresis dan AC-DC Converter tipe asimetris.
1.4 Tujuan Penelitian Tugas Akhir
Tujuan penelitian tugas akhir ini adalah untuk mengatur tegangan eksitasi
generator yang berfungsi untuk mengatur tegangan keluaran generator. Sedangkan
manfaat bagi dunia akademis adalah agar dunia akademis dapat mengembangkan
sistem kontrol eksitasi generator yang lebih stabil dan akurat jika dibandingkan
dengan tugas akhir ini.
1.5 Metode Penelitian
Metode penelitian yang dipakai adalah:
a.) Studi literatur: dengan membaca buku-buku yang berhubungan erat dengan
bidang daya dan kontrol.
b.) Bimbingan: dengan diskusi maupun tanya jawab kepada dosen pembimbing,
laboran maupun dosen-dosen lain.
2
Perpustakaan Unika
c.) Eksperimental : dengan cara penggabungan antara studi literatur dengan
bimbingan yang kemudian diimplementasikan ke dalam suatu alat.
1.6 Sistematika Penulisan
Laporan Tugas Akhir ini terdiri dari 5 bab:
A. BAB 1: Pendahuluan : yang berisi tentang latar belakang, perumusan
masalah, pembatasan masalah, tujuan penelitian, metode penelitian, serta
sistematika penelitian.
B. BAB 2 : Dasar Teori : yang berisi tentang dasar teori dari rangkaian daya,
rangkaian hysteresis, sensor tegangan, generator dan sistem eksitasi.
C. BAB 3 : Implementasi AVR Dengan Kendali Hysteresis : yang berisi tentang
pendahuluan, rangkaian sensor tegangan, rangkaian referensi tegangan dan
error amplifier, rangkaian kontrol hysteresis, rangkaian driver dan daya.
D. BAB 4 : Hasil Pengujian dan Analisa AVR Dengan Kendali Hysteresis : yang
berisi tentang pengujian AVR tanpa beban (gelombang segitiga AFG) dan
AVR dengan beban.
E. BAB 5 : Penutup : yang berisi tentang kesimpulan dari tugas akhir yang
dibuat oleh penulis serta saran-saran penulis untuk pengembangan alat ini
selanjutnya.
3
Perpustakaan Unika
BAB 2
DASAR TEORI
2.1 Rangkaian Daya
Rangkaian daya digunakan untuk mengubah dari tegangan AC menjadi
tegangan DC. Gambar rangkaian daya yang dipakai tersebut dapat dilihat pada
gambar dibawah ini:
L1
D1
D2
V1
D3
D4
Q1
C1
Q2
from_driver_1
from_driver_2
Gb 2.1 Rangkaian Daya
4
R1
Perpustakaan Unika
Mode 1 pada saat sakelar 2 tertutup:
L1
D1
MUR1560
4
V1
220 V
50 Hz
0Deg
D3
MUR1560
C1
470uF-POL
R1
8.2kΩ
from_driver_2
Gb 2-2 Rangkaian Daya Mode 1
Mode 2 saat saklar 2 tertutup:
L1
D2
MUR1560
4
V1
220 V
50 Hz
0Deg
D4
MUR1560
C1
470uF-POL
1
from_driver_1
Gb 2-3 Rangkaian Daya Mode 2
5
R1
8.2kΩ
Perpustakaan Unika
atau rangkaian ekivalennya (sumber sudah disearahkan / sumber DC beriak) dengan
nilai:
Vdc =
2Vm
π
………………………………………………………………………(1)
Untuk Rangkaian lanjutan dengan sumber DC beriak dapat dilihat pada gambar
dibawah ini:
Gb 2.4 Mode 1 Pada Filter (t = closed)
Keterangan gambar: pada saat saklar tertutup maka akan ada tegangan pada sisi
beban L-C-R nya sehingga akan beroperasi seperti rangkaian biasa.
Gb 2.5 Mode 2 Pada Filter (t = open)
6
Perpustakaan Unika
Keterangan gambar: pada saat saklar terbuka dioda freewheeling akan mengalirkan
arus yang dibuang dari inductor.
Tegangan diantara inductor L adalah:
EL = L
di
………………………………………………………………………(2)
dt
Dianggap arus inductor meningkat secara linear dari I1 ke I2 pada waktu t1
Vs – Va = L
I 2 − I1
ΔI
= L …………………………………………………….(3)
t1
t1
Atau
t1 =
ΔIL
…………………………………………………………………….(4)
VS − Va
dan arus inductor turun secara linear dari I2 ke I1 pada waktu t2
-Va = -L
ΔI
……………………………………………………………………(5)
t2
Atau
t2 =
ΔIL
………………………………………………………………………..(6)
Va
Dimana ∆I = I2 – I1 adalah arus ripple puncak ke puncak dari inductor L. Jika kita
menghitung nilai dari ∆I pada persamaan di atas memberikan perhitungan :
∆I =
(VS − Va )t1 Vat2
=
…………………….……………………………………(7)
L
L
Jika kita mensubtitusikan t1 = kT dan t2 = (1-k)T menghasilkan tegangan keluaran
rata-rata yaitu:
Va = Vs
t1
= kVs…………………………………………………………………(8)
T
7
Perpustakaan Unika
Anggaplah rangkaian VsIs = VaIa = kVsIa dan arus masukan rata-rata adalah:
Is = kIa…………………………………………………………….……………..(9)
Dan periode switching T dapat dikatakan sebagai berikut :
T=
1
ΔIL
ΔILVS
ΔIL
= t1 + t2 =
+
=
………………………..……….(10)
f
VS − Va Va
Va (VS − Va )
Yang memberikan arus ripple puncak ke puncak sebesar:
∆I =
Va (VS − Va )
………………………………………………………………(11)
fLVS
atau
∆I =
VS k (1 − k )
…………………………………………..……………………(12)
fL
menggunakan hukum arus kirchoff, dapat ditulis sebagai berikut:
iL = ic + io……………………………………………………………………….(13)
jika dianggap ∆io (arus ripple) adalah sangat kecil dan dapat diabaikan, ∆iL = ∆iC.
arus rata-rata kapasitor, yang mengalir ke dalam untuk t1/2 + t2/2 = T/2 adalah :
IC =
ΔI
………………………..………………………………………...……..(14)
4
Maka tegangan kapasitor adalah:
Vc =
i
icdt + vC (t = 0)………………………………………………………(15)
C∫
Dan tegangan ripple puncak ke puncak dari kapasitor adalah
1
∆VC = vC – vC (t = 0) =
C
T /2
∫
0
ΔIT
ΔI
ΔI
dt =
=
…………..………………(16)
8C
8 fC
4
jika nilai dari ∆I dari persamaan di atas disubtitusikan akan menghasilkan:
8
Perpustakaan Unika
∆VC =
Va (VS − Va )
………………………………………….…………………(17)
8LCf 2VS
atau
∆VC =
Vs k (1 − k )
……………………………………………………………….(18)
8LCf 2
2.2 Sensor Tegangan
Sensor tegangan adalah devais untuk mendeteksi perubahan tegangan pada
terminal keluaran. Sensor tegangan ini terdiri dari rangkaian buffer op-amp,
multiplier, penguat membalik dan summer amplifier. Sensor ini dirancang untuk
mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC yang berubah terhadap perubahan
beban secara cepat dan akurat.
Gb 2.6 Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang diperlihatkan di atas merupakan peng-konversi tegangan AC
ke tegangan DC dengan perhitungan sebagai berikut :
9
Perpustakaan Unika
ƒ
jika sebuah tegangan AC masuk ke sebuah multiplier dengan 2 inputan yang
kemudian tegangan tersebut dimasukkan pada 2 inputan tersebut (dikuadratkan)
maka hasilnya adalah :
contoh : Vi = 5 sin 2π50t
maka keluaran dari multiplier (AD 633 JN) tersebut adalah :
52
Vi 2
=
(sin 2π50t)2
Vo =
10
10
Dengan mengubah bilangan (sin 2π50t)2 menjadi
1
[cos(A-B) – cos(A+B)] maka
2
dapat dituliskan sebagai berikut:
Vo =
25 1 cos 2π 50t
]
[ −
10 2
2
Yang kemudian dapat dikatakan menjadi seperti berikut:
Vo = 1.25 – 1.25 cos 2π50t hal ini dapat dikatakan bahwa tegangan DC dari
fungsi tegangan tersebut adalah 1.25 Vdc (seperti terlihat pada nilai angka yang
ditebalkan).
ƒ
Penjelasan sensor tegangan :
Setelah mendapatkan hasil diatas kemudian tegangan DC yang didapat dari
tegangan AC tersebut dikuatkan membalik sebesar 10 kali, hal ini dikarenakan
perkalian yang dilakukan dibagi 10 (karakteristik AD 633 JN). Setelah dikuatkan
membalik sebesar 10 kali lalu hasil perkalian tersebut dijumlahkan dengan
pengali lainnya (seperti diperlihatkan pada gambar). Setelah semua tegangan
tersebut dijumlahkan lalu diberi buffer yang selanjutnya tegangan ini akan
digunakan sebagai tegangan masukan actual.
10
Perpustakaan Unika
2.3 Sistem Kendali Hysteresis
Pengertian dari sistem kendali hysteresis adalah sistem kendali on-off dengan
menempatkan 2 posisi sebagai batas atas (VUT) dan batas bawah (VLT). karakteristik
dari sistem kendali hysteresis ini yaitu jika tegangan masukan (Vin) lebih kecil dari
tegangan batas bawah (VLT) maka tegangan keluaran (Vo) dari sistem kendali ini
adalah +Vsaturasi dan jika tegangan input (Vin) lebih besar daripada batas atas (VUT)
maka tegangan keluaran dari sistem kendali ini adalah –Vsaturasi yang jika
digambarkan dalam satu grafik adalah sebagai berikut :
+Vo
+Vsat
Hysteresis
band
+Vin
-Vin
VLT
VUT
-Vsat
-Vo
Gb 2.7 Grafik Hysteresis
Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa V.hysteresis (Hysteresis band / pita
hysteresis) adalah:
VH = VUT - VLT………………………………………………………………..(19)
11
Perpustakaan Unika
Sebagai contohnya:
Jika VUT = 14 mV dan VLT = -13 mV maka VH nya adalah 14 mV – (-13 mV) = 27
mV.
Karena sistem ini memiliki batas atas (VUT) dan batas bawah (VLT) maka
tegangan masukannya (Vin) harus memotong batas atas dan bawah agar sistem
kendali ini bekerja. Jika tegangan hysteresisnya lebih besar daripada tegangan riak
puncak ke puncak masukannya maka tidak akan ada perpotongan batas atas dan
batas bawah sehingga akan menghasilkan suatu nilai kesalahan.
Batas_atas
50%
0
from_reference
12
R6
10kΩ
8
R5
9
10kΩ
R1
R2
10
10kΩ
R3
10kΩ
to_synchronous_circuit
4
TL082CD
8
U2A
NAND2
U4
3
Qnot
3
1
NAND2
8 2
4
TL082CD
13
from_reference2
0
Batas_baw ah
U3
1 2
6
10kΩ
R4
2
1
10kΩ
Differential_Amplifier
U1A
7 3
50%
Gb 2.8 Rangkaian Hysteresis
12
Perpustakaan Unika
2.4 Generator Sinkron
Generator AC atau arus bolak-balik (juga disebut generator sinkron atau
altenator) adalah sumber energi utama dari semua energi listrik yang kita pakai.
Generator merupakan devais yang menggunakan magnet untuk mengubah tenaga
mekanis menjadi tenaga listrik. Prinsip generator dengan sederhana dikatakan bahwa
tegangan diinduksikan pada konduktor apabila konduktor digerakkan pada medan
magnet sehingga memotong garis gaya. Secara khusus dapat dijelaskan bahwa
prinsip kerja generator adalah dengan memotong garis gaya magnet dalam waktu
tertentu secara berkesinambungan untuk menghasilkan fluks magnet yang akan
menghasilkan gaya gerak listrik induksi (GGL induksi). Pada waktu memotong garis
gaya magnet timbul GGL induksi tetapi tegangan yang dikeluarkan pada lilitan
jangkar akan sangat kecil sehingga diperlukan suatu eksitasi atau penguatan untuk
diinjeksikan pada lilitan medan yang berguna untuk memperkuat garis gaya magnet
(menimbulkan medan magnet) tersebut. Untuk masalah eksitasi akan dijelaskan pada
bagian berikutnya.
Hukum yang mendasari prinsip kerja generator adalah hukum faraday yang
berbunyi: “sebuah konduktor yang digerakkan secara berkala, memotong garis gaya
magnet akan menimbulkan fluks magnet dan akan menimbulkan tegangan induksi
(GGL induksi). Hukum tersebut secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut:
e=-
dλ
dΦ
= -N
……………………………………………………………..(20)
dt
dt
dengan :
e = tegangan induksi
13
Perpustakaan Unika
Generator digerakkan oleh beberapa jenis mesin mekanis (uap atau turbin air,
mesin bensin, atau motor listrik). Hukum tangan kiri untuk generator menunjukkan
hubungan arah arus bergerak, arah medan magnet, dan arah resuktan dari aliran arus
yang terinduksi. Apabila ibu jari ditunjukkan pada arah gerakan penghantar, dan
telunjuk ditunjukkan kearah fluks, jari tengah akan menunjuk ke arah aliran electron
yang terinduksi. Hukum ini juga dapat dipakai apabila magnet sebagai pengganti
penghantar, digerakkan. Meskipun demikian, dalam hal ini ibu jari harus ditunjukkan
ke arah gerakan penghantar relative.
Jumlah tegangan yang diinduksikan pada penghantar pada saat penghantar
bergerak pada medan magnet tergantung pada:
a.) Kekuatan medan magnet. Makin kuat medan makin besar tegangan yang
diinduksikan.
b.) Kecepatan penghantar yang memotong fluks. Bertambahnya kecepatan
penghantar menambah besarnya tegangan yang diinduksikan.
c.) Sudut pada tempat penghantar memotong fluks. Tegangan maksimum
diinduksikan apabila konduktor memotong pada 900, dan tegangan yang lebih
rendah diinduksikan apabila sudut itu kurang dari 900.
d.) Panjang penghantar pada medan magnet. Jika penghantar digulung menjadi
kumparan yang terdiri dari beberapa lilitan, panjang efektif bertambah dan
tegangan yang diinduksikan akan bertambah.
Generator AC dibuat dengan medan magnet diam atau berputar. Jenis medan
diam biasanya kapasitas KVAnya relative kecil dan ukuran tegangan rendah. Jenis
ini mirip dengan generator DC kecuali jenis ini mempunyai slip ring sebagai
14
Perpustakaan Unika
pengganti komutator. Kutub menonjol (salient pole) membangkitkan medan DC,
yang dipotong oleh jangkar yang berputar. Jangkar mempunyai lilitan yang
mempuyai terminal yang dihubungkan dengan slip ring yang dipasang pada poros.
Seperangkat sikat bergeser pada slip ring sehingga kita dapat menghubungkan
jangkar dengan beban luar. Generator AC tidak dapat mensuplai arus medan sendiri.
Penguat medan harus arus searah, dan karena itu harus disuplai dari sumber luar.
Jangkar diputar oleh sumber daya mekanis, misalnya: mesin diesel.
Jenis generator AC medan berputar menyederhanakan masalah pengisolasian
tegangan yang dibangkitkan, yang umumnya sebesar 18000 sampai dengan 24000
volt. Generator ac medan berputar mempunyai jangkar diam yang disebut stator.
Lilitan stator tiga fase langsung dihubungkan pada beban tanpa melalui slip ring dan
sikat.
Pada prinsipnya, generator memiliki 2 bagian yaitu:
-
Rotor adalah bagian yang bergerak
-
Stator adalah bagian yang diam
Yang dimaksud dari lilitan medan adalah lilitan tempat generator menerima
injeksi eksitasi dari sumber tegangan DC. Sedangkan untuk lilitan jangkar adalah
lilitan sebagai terminal keluaran generator.
Sedangkan untuk frekuensi keluaran generator dipengaruhi oleh:
-
Jumlah kutub pada generator.
-
Kecepatan putaran rotor generator.
Yang dirumuskan dengan bentuk:
f.tegangan =
pn
…………………………………………………(21)
120
15
Perpustakaan Unika
Dimana:
P = Jumlah kutub
n = Kecepatan putaran (rpm)
Sistem eksitasi merupakan sistem yang digunakan sebagai penguatan
generator. Yang dimaksud eksitasi disini adalah penginjeksian arus DC ke lilitan
medan generator yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan keluaran pada
generator. Guna dari penginjeksian arus DC ini adalah untuk memperkuat medan
magnet dan garis gaya magnet yang akan dipotong oleh konduktor sehingga
tegangan keluaran yang dihasilkan dapat lebih besar.
Ada 2 macam sistem eksitasi pada generator sinkron:
- Static exciter yaitu eksitasi tegangan yang masih menggunakan brush atau sikat
arang sebagai konduktor untuk mengalirkan tegangan DC ke lilitan medan.
- Sedangkan yang kedua adalah brushless exciter yaitu sistem yang sudah tidak
menggunakan sikat arang sebagai konduktor untuk mengalirkan tegangan DC ke
lilitan medan. Karena fungsinya telah digantikan oleh rotating rectifier yang
langsung tersambung dengan rotor generator sehingga exciter ini akan ikut berputar
dengan rotor.
16
Perpustakaan Unika
BAB 3
IMPLEMENTASI AVR DENGAN KENDALI HYSTERESIS
3.1 Pendahuluan
Implementasi AVR dengan kendali hysteresis ini akan dilakukan dengan
membagi setiap bagian kedalam suatu diagram blok sesuai dengan fungsi
rangkaiannya masing-masing. Berikut ini akan digambarkan diagram bloknya:
Motor
Generator
Load
Rangkaian
Kontrol
Rangkaian
daya
Hysteresis
Aktual
Rangkaian
Driver
Rangkaian
Sinkronisasi
Error
Amplifier
Referensi
Gb 3-1 Diagram Blok AVR
3.2 Rangkaian Sensor Tegangan
Rangkaian sensor tegangan ini digunakan untuk mengetahui perubahan
tegangan (tegangan aktual) pada terminal keluaran generator yang diakibatkan
karena pembebanan atau pemberian beban tambahan pada terminal keluaran
17
Perpustakaan Unika
generator. Tegangan keluaran pada generator akan berubah-ubah tergantung dari
besarnya beban yang diberikan dan sensor tegangan ini akan mendeteksinya.
Gb 3-2 Rangkaian Sensor Tegangan
Prinsip kerja dari sensor tegangan ini adalah masukan yang berupa tegangan
bolak-balik atau AC diubah menjadi tegangan DC melalui pengkuadratan dari
tegangan AC yang operasinya dilakukan oleh IC multiplier atau IC pengali kemudian
hasil dari pengkuadratan tersebut dibalik dengan menggunakan penguat membalik
(inverting amplifier) setelah dibalik keluaran dari inverting amplifier dijumlah di
rangkaian summer amplifier. Dan hasil dari keluaran summer amplifier dibuffer
dengan voltage follower. Hasil keluaran dari sensor tegangan ini akan mengikuti
tegangan keluaran dari terminal generator apabila diberi pembebanan.
3.3 Rangkaian Referensi dan Differential Amplifier
Rangkaian referensi digunakan sebagai acuan atau referensi tegangan yang
diinginkan. Rangkaian referensi ini digunakan sebagai pembanding dari masukan
18
Perpustakaan Unika
aktualnya. Sehingga rengkaian referensi ini diset tetap dan diusahakan tidak berubah
meskipun ada perubahan tapi diusahakan agar perubahan yang ditimbulkan tidak
terlalu besar. Prinsip kerja dari rangkaian referensi ini adalah pengambilan tegangan
tetap dari catu daya kontrol yang kemudian dihaluskan lalu kemudian dibuffer
dengan op-amp yaitu penguatan 1 kali. Rangkaian referensi yang terdapat pada AVR
ini yaitu :
a.) Rangkaian referensi 6 volt pada bagian error amplifier :
Pada rangkaian referensi yang dipasang sebagai tegangan acuan bagi error
amplifier ini dipasang kapasitor sebesar 10 mikro farad dan variable resistor
multiturn sebesar 100 kΩ. kapasitor ini berfungsi untuk mengurangi riak tegangan
dan variable resistor multiturn ini digunakan untuk mengatur tegangan yang
diinginkan.
V1
12 V
50%
To_differential_amplifier
0
Gb 3-3 Rangkaian Referensi Differential Amplifier
b.) Rangkaian referensi batas atas sebesar 0,25 volt
Pada rangkaian referensi yang dipasang sebagai tegangan acuan batas atas
kendali hysteresis ini dipasang regulator 7805 yang digunakan untuk menurunkan
tegangan dari +12 volt ke +5 volt yang kemudian dipertahankan pada level +5 volt.
19
Perpustakaan Unika
Regulator ini dihubungkan dengan kapasitor 10 μF (sebelum regulator) dan kapasitor
1 μF (sesudah regulator) yang berfungsi untuk meregulasi riak. Kemudian diparalel
dengan variable resistor multiturn 100kΩ yang berfungsi untuk mengatur tegangan
referensi yang diinginkan.
U1
MC7805CT
LINE
VOLTAGE
VREG
R1
COMMON
V1
12 V
10µF
1µF
100KΩ_LIN
Key = A
50%
U2A
4
R2
0
Gb 3-4 Rangkaian Referensi Batas Atas
c.) Rangkaian referensi batas bawah -0,25 volt :
Pada rangkaian referensi yang dipasang sebagai tegangan acuan batas atas
window comparator ini dipasang regulator 7905 yang digunakan untuk menaikkan
tegangan dari -12 volt ke -5 volt yang kemudian dipertahankan pada level -5 volt.
Regulator ini dihubungkan dengan kapasitor 10 μF (sebelum regulator) dan kapasitor
1 μF (sesudah regulator) yang berfungsi untuk meregulasi riak. Kemudian diparalel
dengan variable resistor 100kΩ yang berfungsi untuk mengatur tegangan referensi
yang diinginkan.
20
Perpustakaan Unika
U1
LM7905CT
LINE
VOLTAGE
VREG
100KΩ_LIN
Key = A
to_hysteresis(Reference -)
COMMON
V1
12 V
U2A
10µF
1µF 50%
R1
0
Gb 3-5 Rangkaian Referensi Batas Bawah
Sedangkan
untuk
rangkaian
differential
amplifier
digunakan
untuk
membandingkan tegangan aktual dari sensor tegangan dan tegangan referensi dari
rangkaian referensi. Keluaran dari error amplifier ini merupakan pengurangan dari
tegangan aktual dan tegangan referensi. Atau dengan kata lain dapat juga disebut Vo
= Vref – Vakt………………………………………………………...…….(22)
R4
4
3
10kΩ
U1A
1
2
1
2
Aktual
10kΩ
Referensi
3
8
TL082CD 10kΩ
R1
10kΩ
0
Gb 3-6 Rangkaian Differential Amplifier
Yang didapat dari perhitungan :
21
Perpustakaan Unika
Pada differential amplifier menunjukkan bahwa akan terjadi pengurangan
tegangan pada differential amplifier antara tegangan referensi (tegangan acuan /
tetap) dengan tegangan actual yang berasal dari sensor tegangan. Atau dengan kata
lain Vo = Vref – Vaktual. Atau jika kita jabarkan maka yang kita dapat adalah
sebagai berikut :
a.)
Perhitungan pertama jika pada masukan non-inverting digroundkan maka dapat
terlihat bahwa pada rangkaian akan menjadi rangkaian penguat membalik
dengan gain atau penguatan seharga –Rf / Ri atau –A oleh karena itu maka
tegangan keluaran yang mengacu pada masukan inverting akan seharga –AE2
dengan E2 sebagai masukan inverting.
b.)
Perhitungan kedua jika pada masukan inverting digroundkan maka dapat
terlihat bahwa rangkaian akan menjadi rangkaian penguat tak membalik dengan
gain sebesar (1+A). yang berasal dari E1 + AE1 dimana E1 yaitu masukan pada
gerbang non-inverting.
c.)
perhitungan berikutnya yaitu perhitungan nilai resistor. Resistor yang terpasang
pada gerbang non-inverting bertindak sebagai pembagi tegangan pada input
gerbang non-inverting. inputan yang telah dibagi ini kemudian akan digunakan
sebagai input non-inverting yang sesungguhnya pada rangkaian differential
amplifier ini. Untuk perhitungan rangkaian ini yaitu E1A/(1+A) = Pembagi
tegangan dikali dengan (1+A) = penguatan tak membalik yang menghasilkan
nilai keluaran AE1.
- Perhitungan untuk penguatan masukan actual :
Vo = (-Rf / Ri ) E2, dimana E2 adalah masukan aktual
22
Perpustakaan Unika
- perhitungan untuk penguatan masukan referensi :
Vo = E1(Rf / Ri), dimana E1 adalah masukan referensi
- jika kita gabungkan maka akan menjadi tegangan keluaran total (keluaran
differensial) :
Vo = E1(Rf / Ri)) - E2(Rf / Ri)
3.4 Rangkaian Kontrol Hysteresis
Rangkaian kontrol hysteresis pada tugas akhir ini menggunakan komparator
dengan menentukan batas atas dan batas bawah tegangan masukan pada sistem
kontrol. Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah untuk mempertahankan nilai aktual
sesuai dengan nilai referensi yang ada, dan besarnya pita hysteresis dapat diset sesuai
dengan kehendak kita. Secara teori dapat dikatakan bahwa:
Batas_atas
50%
0
from_reference
12
R6
10kΩ
8
R5
9
10kΩ
R1
R2
10
10kΩ
R3
10kΩ
to_synchronous_circuit
4
TL082CD
8
U2A
NAND2
U4
3
Qnot
3
1
NAND2
8 2
4
TL082CD
13
from_reference2
0
Batas_baw ah
U3
1 2
6
10kΩ
R4
2
1
10kΩ
Differential_Amplifier
U1A
7 3
50%
Gb 3-7 Rangkaian Hysteresis
23
Perpustakaan Unika
a.) Pada batas atas
jika tegangan masukan dari error amplifier lebih positif dari batas atas maka keluaran
dari op-amp (U1A) akan bernilai logika 0 (-V saturasi op-amp) dikarenakan masukan
pada gerbang inverting lebih besar daripada masukan pada gerbang non-inverting.
Kemudian jika masukan lebih negative dari batas atas maka keluaran op-amp (U1A)
akan bernilai logika 1 (+V saturasi op-amp) dikarenakan masukan pada gerbang noninverting lebih besar daripada masukan pada gerbang inverting. Keluaran dari opamp ini akan berbentuk kotak dengan batas atas +V saturasi dan batas bawah –V
saturasi.
b.) Pada batas bawah
jika tegangan masukan dari error amplifier lebih positif dari batas bawah maka
keluaran dari op-amp (U2A) akan bernilai logika 1 (+V saturasi op-amp)
dikarenakan masukan pada gerbang non-inverting lebih besar daripada masukan pada
gerbang inverting. Kemudian jika masukan lebih negative dari batas atas maka
keluaran op-amp (U2A) akan bernilai logika 0 (-V saturasi op-amp) dikarenakan
masukan pada gerbang inverting lebih besar daripada masukan pada gerbang noninverting. Keluaran dari op-amp ini akan berbentuk kotak dengan batas atas +V
saturasi dan batas bawah –V saturasi.
24
Perpustakaan Unika
c.) Pada Flip-Flop S-R
Pada tugas akhir ini akan dipakai IC 4011 CMOS gerbang NAND. Masukan pada
flip-flop S-R ini akan berupa logika 1 (+Vsat) dan 0 (-Vsat). Kemudian keluarannya
akan berbentuk gelombang kotak dengan referensi +Vsat ke ground karena catu dari
gerbang NAND yang dipakai adalah catu + dan ground. Masukan dari hysteresis
dapat berupa logika 1 dan 0 karena logika 1 dari CMOS yaitu minimal 2/3 dari Vdd
nya. Sedangkan logika 0 dari CMOS adalah maksimal 1/3 Vdd nya.
3.5 Rangkaian Sinkronisasi
Rangkaian sinkronisasi ini digunakan untuk mensikronisasikan keluaran
rangkaian window detector atau rangkaian kontrol hysteresis dengan tegangan AC
dari Trafo daya sehingga akan terbentuk gelombang kotak yang ber-duty cycle dan
dapat digunakan untuk memicu MOSFET IRFP 730 pada rangkaian driver dan
kemudian akan meng-on kan LED pada optocoupler TLP 250 yang kemudian
keluaran dari optocoupler TLP 250 tersebut akan memicu gate MOSFET IRFP 460
pada rangkaian daya. Gambar rangkaian sinkronisasi dapat dilihat dibawah ini:
25
Perpustakaan Unika
8
Zero_Crossing_DetectorA
R1
1
3
3
1
TL082CD 1.0kΩ
2
2
AND2
4
To_Driver
0
V1
3V
50 Hz
0Deg
0
From_Hysteresis
0
To_Driver2
AND2
8
Zero_Crossing_Detector2A
R2
4
6
3
1
2
TL082CD
1.0kΩ
4
0
Gb 3-8 Rangkaian Sinkronisasi
3.6 Rangkaian Driver
Rangkaian driver pada tugas akhir ini digunakan untuk memicu gate
MOSFET IRFP 460 yang kemudian akan mentransfer duty cycle dari rangkaian
window comparator pada mosfet yang terdapat pada rangkaian daya. Rangkaian
driver ini menggunakan TLP 250 sebagai optocouplernya dan Mosfet IRFP 730
sebagai pemicunya. Rangkaian driver ini mendapat masukan dari rangkaian kontrol
hysteresis yang akan memicu mosfet IRFP 730 dan akan mengkonduksikan transistor
yang ada didalam TLP 250. keluaran dari TLP 250 ini akan mengkonduksikan dan
mengatur duty cycle MOSFET IRFP 460 pada rangkaian daya. Fungsi sebenarnya
dari TLP 250 ini juga adalah sebagai isolasi antara rangkaian daya dan kontrol.
26
Perpustakaan Unika
Gb 3-9 Rangkaian Driver
3.7 Rangkaian Daya
Rangkaian daya ini terdiri dari 4 buah dioda cepat (fast recovery diode) MUR
1560 dan juga power mosfet peningkatan tipe-N IRFP 460. Dioda dan mosfet ini
digunakan sebagai satu kesatuan rangkaian daya yang digunakan sebagai AC to DC
konverter. Yaitu alat yang digunakan untuk mengubah tegangan AC ke DC. Yang
kemudian tegangan DC ini akan diinjeksikan ke lilitan medan generator untuk
mengatur tegangan keluaran generator. Tegangan DC ini yang dinamakan sebagai
tegangan eksitasi yang diinjeksikan ke lilitan medan generator. Tegangan DC ini
diatur dengan mengubah duty cycle pada mosfet yang dilakukan dalam sistem closed
loop.
27
Perpustakaan Unika
L1
D1
D2
V1
D3
D4
Q1
C1
Q2
from_driver_1
from_driver_2
Gb 3-10 Rangkaian Daya
28
R1
Perpustakaan Unika
BAB 4
HASIL PENGUJIAN AVR DENGAN KENDALI HYSTERESIS
4.1 Pengujian AVR dengan AFG (segitiga = 1 kHz), VU = 0.25 Volt, VL = -0.25
Volt.
Pengujian AVR dengan sinyal segitiga 1 kHz, batas atas 0.25 volt dan batas bawah 0.25 volt menghasilkan gelombang keluaran sebagai berikut :
4.1.1
Gelombang Keluaran di Hysteresis
Gb 4-1 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Hysteresis
Gelombang keluaran pada rangkaian hysteresis akan tampak berbentuk kotak
karena gelombang segitiga yang memotong batas atas dan batas bawah. Terlihat juga
bahwa gelombang keluaran memiliki sisi positif dan negative karena ini akibat dari
penguatan open loop op-amp yang disebut dengan saturasi yaitu +Vsat dan –Vsat.
Tetapi gelombang keluaran pada flip-flop S-R akan berbentuk kotak yang hanya
29
Perpustakaan Unika
memiliki siklus positif karena Vcc gerbang NAND yang digunakan hanya + dan
ground. Sehingga referensi bawahnya yaitu ground.
4.1.2
Gelombang Keluaran di Rangkaian Sinkronisasi
Gb 4-2 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Sinkronisasi
Gelombang keluaran pada rangkaian sinkronisasi pada salah satu sisi berbentuk
seperti tampak pada gambar karena rangkaian zero crossing detector (50 Hz) dan
gerbang AND membuat wadah/lebar pulsa untuk keluaran dari rangkaian hysteresis
(1 KHz).
30
Perpustakaan Unika
4.1.3
Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Driver
Gb 4-3 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Driver
Gb 4-4 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Driver (2 Switching)
Gelombang keluaran pada rangkaian driver akan sama dengan gelombang
keluaran pada rangkaian sinkronisasi karena rangkaian driver ini hanya sebagai
penghubung dan pengisolasi antara rangkaian control dengan rangkaian daya.
31
Perpustakaan Unika
4.1.4
Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Daya (Tanpa Kapasitor) Belum
Switching
Gb 4-5 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Daya Tanpa Kapasitor dan Switching
Gelombang keluaran pada rangkaian daya sebelum switching adalah
tinggi/high karena disebabkan dari keluaran rangkaian hysteresis yang juga tinggi.
(keluaran Q dari flip-flop S-R).
4.1.5
Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Daya (Tanpa Kapasitor) Sudah
Switching
Gb 4-6 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Daya Tanpa Kapasitor (Sudah Switching)
32
Perpustakaan Unika
Pada gambar di atas terlihat bahwa gelombang keluaran sudah terswitching
dan tampak terchopper hal ini menandakan bahwa tegangan dapat diatur dengan duty
cycle yang bisa kita atur lewat rangkaian kontrol hysteresis
4.2 Pengujian AVR dengan Perubahan RPM Motor DC (Open Load)
Pengujian AVR dengan perubahan RPM menghasilkan data sebagai berikut:
Tabel 4-1 Hasil Pengujian Alat
No
I medan
V jangkar
Motor DC
Motor DC
1
1.5 A
175 V
2
1.5 A
3
V Referensi
Vdc Medan
V output
Generator
Generator
6V
8.21 V
110 V
170 V
6V
9.00 V
110 V
1.5 A
165 V
6V
9.48 V
110 V
4
1.5 A
160 V
6V
9.89 V
110 V
5
1.5 A
155 V
6V
10.27 V
110 V
6
1.5 A
150 V
6V
10.60 V
110 V
7
1.5 A
145 V
6V
11.04 V
110 V
8
1.5 A
140 V
6V
11.39 V
110 V
9
1.5 A
135 V
6V
12.18 V
110 V
10
1.5 A
130 V
6V
12.68 V
110 V
11
1.5 A
125 V
6V
13.19 V
110 V
12
1.5 A
120 V
6V
13.72 V
110 V
13
1.5 A
115 V
6V
14.64 V
110 V
14
1.5 A
110 V
6V
15.47 V
110 V
33
Perpustakaan Unika
15
1.5 A
105 V
6V
16.72 V
110 V
Seperti tampak pada tabel di atas bahwa seiring dengan perubahan pada RPM
(dengan mengubah tegangan jangkar pada motor DC dengan membiarkan arus
medan tetap) motor DC / turbin, tegangan keluaran generator diatur pada titik yang
tetap yaitu 110 Vac.
Hal ini terjadi karena rangkaian kontrol hysteresis
mengendalikan tegangan medan generator sehingga perubahan kecepatan yang
semakin tinggi akan direspon rangkaian kontrol dengan menurunkan tegangan medan
generator sedangkan untuk perubahan kecepatan yang semakin rendah akan direspon
rangkaian kontrol dengan menaikkan tegangan medan generator.
Pengaruh kecepatan turbin terhadap tegangan keluaran generator : fluksi
sebagai fungsi waktu diperoleh melalui putaran rotor. Jika Φ adalah fluksi yang
dibangkitkan di rotor dan memasuki celah udara antara rotor dan stator dengan nilai
konstan maka, dengan mengabaikan efek pinggir, laju pertaqmbahan fluksi yang
ditangkap oleh belitan stator adalah :
dΦs
dθmagnetik
=Φ
= Φ ω magnetic
dt
dt
karena ω magnetic = 2πf magnetic = 2π
pn
, maka
120
dΦs
pn
=Φπ
dt
60
Dari persamaan di atas kita peroleh tegangan pada belitan yaitu :
V=-N
dΦs
pn
=-NΦπ
dt
60
34
Perpustakaan Unika
Jika Φ bernilai konstan, tidaklah berarti persamaan di atas memberikan suatu
tegangan konstan karena Φ bernilai konstan positif untuk setengah perioda dan
bernilai konstan negative untuk setengah perioda berikutnya. Maka persamaan di atas
memberikan tegangan bolak – balik yang tidak sinus. Untuk memperoleh tegangan
berbentuk sinus, Φ harus berbentuk sinus juga. Akan tetapi ia tidak dibuat sebagai
fungsi sinus terhadap waktu, akan tetapi sebagai fungsi sinus posisi, yaitu terhadap θ
magnetic. Jadi jika :
Φ = Φm cos θ magnetic
Maka laju pertambahan fluksi yang dilingkupi belitan adalah :
dΦs dΦ d
dΦmagnetik
=
= ( Φm cos θ magnetic) = - Φm sin θ magnetic
dt
dt dt
dt
= - Φm ω magnetic sin θ magnetic = - Φm (2π
pn
) sin θ magnetic
120
Sehingga tegangan belitan
E=-N
pn
dΦ s
= - N π Φm
sin θ magnetic
dt
60
= 2πf N Φm sin θ magnetic = ω N Φm sin ωt
Persamaan tersebut memberikan nilai sesaat dari tegangan yang dibangkitkan di
belitan stator. Nilai maksimum dari tegangan ini adalah :
Em = ω N Φm Volt
Dan nilai efektifnya adalah :
Erms =
2πf
Em ωNφm
=
=
N Φm
2
2
2
= 4.44 f N Φm Volt.
35
Perpustakaan Unika
4.2.1 Gelombang Keluaran Rangkaian Hysteresis (VGS)
Gb 4-7 Gelombang Keluaran Pada Rangkaian Hysteresis
Dapat terlihat bahwa pada gambar keluaran hysteresis terjadi switching yang
akan mengkonduksi gerbang gate (VGS) pada Mosfet IRFP 460 untuk
mengendalikan switching mosfet. Semakin cepat kecepatan RPM motor DC maka
akan semakin sedikit switching dari rangkaian hysteresis (tegangan masukan medan
generator akan semakin kecil) dan semakin lambat kecepatan RPM motor DC maka
akan semakin banyka switching dari rangkaian hysteresis (tegangan masukan medan
generator akan semakin besar). Pada gambar diatas merupakan salah satu contoh dari
switching.
36
Perpustakaan Unika
4.2.2 Gelombang Keluaran Mosfet (VDS)
Gb 4-8 Gelombang elKuaran Mosfet (VDS 1)
Gb 4-9Gelombang Keluaran Mosfet (VDS 2)
Pada gambar di atas dapat terlihat bahwa telah terjadi switching pada mosfet
seperti terlihat pada gambar meskipun tidak sesempurna masukannya. Jika kita
mengubah kecepatan RPM pada motor DC yang digunakan sebagai turbin maka pola
switching juga akan berubah.
37
Perpustakaan Unika
4.2.3 Gelombang Keluaran Rangkaian Daya
Gb 4-10 Gelombang Keluaran Rangkaian Daya (Pada Saat 15 VDC)
4.3 Pengujian AVR dengan Beban (Pendeteksian Sensor Tegangan)
Banyaknya
Tegangan AC
Tegangan DC
Beban Lampu
(Keluaran Generator)
(Pembacaan Sensor Tegangan)
0 Baris
110 VAC
6 VDC
1 Baris
107 VAC
5.6 VDC
2 Baris
104 VAC
5.3 VDC
3 Baris
100 VAC
5.01 VDC
Dari data diatas dapat dilihat bahwa sensor tegangan dapat mendeteksi
perubahan tegangan terminal keluaran generator yang diakibatkan dari pertambahan
38
Perpustakaan Unika
beban. Seperti diketahui bersama bahwa perubahan beban yang disusun secara
parallel akan membuat impedansi keluaran/ beban menjadi semakin kecil. Hal ini
akan mengakibatkan pertambahan arus serta penurunan tegangan keluaran generator.
39
Perpustakaan Unika
BAB 5
SARAN DAN KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan dan analisa yang telah dilakukan dapat diambil
beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. AVR ini bekerja baik meregulasi perubahan tegangan terminal keluaran
generator akibat perubahan kecepatan turbin dan pertambahan beban
2. Sensor tegangan dapat mendeteksi perubahan tegangan pada terminal keluaran
generator jika kecepatan turbin variable dan jika pada terminal output dari
generator mengalami pertmbahan atau pengurangan beban.
3. Frekuensi tidak dapat diatur secara baik oleh AVR ini karena AVR ini hanya
menitikberatkan pada peregulasian tegangan generator buka meregulasi
frekuensinya. Untuk peregulasian kecepatan dapat dibuat alat yang sejenis yang
digunakan untuk mengatur perubahan kecepatan motor DC yang digunakan
sebagai prime mover agar kecepatan motor DC tersebut selalu konstan pada RPM
tertentu.
Saran – saran penulis yaitu :
1. Peregulasian frekuensi dalam 1 paket dengan peregulasian tegangan.
40
Perpustakaan Unika
DAFTAR PUSTAKA
-
Rashid,
Muhammad
H.
“Power
Electronics,
Circuits,
Devices,
and
Applications”. 2004. Prentice Hall.
-
Coughlin, Robert F. “Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuit”.
2001. Prentice Hall Electronics.
-
S, Wasito. “Vademekum Elektronika”. 2001. Gramedia.
-
Wijaya, Mochtar. “Dasar-Dasar Mesin Listrik”.2001. Djambatan.
-
Sudirham, Sudaryanto. “Analisis Jaringan Listrik”. 2006. ITB.
-
Marsudi, Djiteng. “Pembangkitan Energi Listrik”. 2004.
41